Metabolismo Celular

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de las células para mantener la vida. Estas reacciones permiten obtener energía, sintetizar moléculas esenciales y eliminar desechos.

Vías Metabólicas

Las reacciones metabólicas se organizan en vías metabólicas, secuencias interconectadas de reacciones químicas. Las moléculas que participan en estas vías se llaman metabolitos.

Ejemplo de vía metabólica: Glucosa –(glucólisis)–> Piruvato –(metabolismo intermedio)–> Acetil-CoA —> CO2

Tipos de Metabolitos

• Sustratos: Metabolitos iniciales que se transforman en la vía.
• Productos: Metabolitos finales resultantes de la vía.

Enzimas

Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos, acelerando las reacciones químicas al disminuir la energía de activación.

Catabolismo vs. Anabolismo

El metabolismo se divide en dos procesos principales:

• Catabolismo: Degradación de moléculas complejas en moléculas más simples, liberando energía.
• Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas más simples, consumiendo energía.

Monedas Energéticas

Las monedas energéticas son moléculas que almacenan energía en sus enlaces químicos, principalmente en forma de enlaces fosfato de alta energía. El ejemplo más común es el ATP (adenosín trifosfato).

Formación de ATP

• Fosforilación a nivel de sustrato: Transferencia directa de un grupo fosfato a ADP para formar ATP.
• Fosforilación oxidativa: Síntesis de ATP a través de la cadena de transporte de electrones en la mitocondria (células eucariotas) o membrana plasmática (procariotas).

Tipos de Nutrición

• Autótrofos: Organismos que sintetizan su propia materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas. Pueden ser fotosintéticos o quimiosintéticos.
• Heterótrofos: Organismos que obtienen materia orgánica al consumir otros organismos.

Enzimas: Catalizadores Biológicos

Las enzimas son proteínas globulares que aceleran las reacciones químicas sin consumirse en el proceso. Actúan tanto dentro como fuera de las células.

Actividad Enzimática

La actividad enzimática depende de la energía libre de Gibbs (ΔG). Las reacciones con ΔG negativo son espontáneas, mientras que las reacciones con ΔG positivo requieren energía de activación para proceder.

Modo de Acción de las Enzimas

Las enzimas se unen a los sustratos en una región específica llamada centro activo, formando un complejo enzima-sustrato. Esto facilita la transformación del sustrato en producto.

E (enzima) + S (sustrato) –> ES (complejo enzima-sustrato) –> P (producto) + E (enzima)

Clasificación de las Enzimas

• Holoenzimas: Enzimas completas, compuestas por una parte proteica (apoenzima) y una parte no proteica (cofactor).
• Apoenzimas: Parte proteica de la enzima.
• Cofactores: Parte no proteica de la enzima, que puede ser un ion metálico o una molécula orgánica compleja (coenzima).

Estructura de las Enzimas

La estructura de una enzima es crucial para su función. El centro activo está formado por aminoácidos específicos que se unen al sustrato y catalizan la reacción.

Propiedades de las Enzimas

• Aceleran reacciones químicas.
• No se consumen en la reacción.
• No alteran el equilibrio de la reacción.
• Alta especificidad por sus sustratos.
• Sensibles a la temperatura y al pH.

Especificidad Enzimática

• Absoluta: La enzima solo reconoce un sustrato específico.
• De grupo: La enzima reconoce un grupo funcional específico en diferentes sustratos.
• De clase: La enzima reconoce un tipo específico de enlace químico.

Factores que Afectan la Actividad Enzimática

• Temperatura: La actividad enzimática aumenta con la temperatura hasta un punto óptimo, luego disminuye debido a la desnaturalización.
• pH: Cada enzima tiene un pH óptimo en el que su actividad es máxima.
• Inhibidores: Sustancias que disminuyen la actividad enzimática.

Tipos de Inhibición Enzimática

• Irreversible: El inhibidor se une covalentemente a la enzima, inactivándola permanentemente.
• Reversible: El inhibidor se une débilmente a la enzima, y la inhibición puede ser competitiva o no competitiva.

Alosterismo

El alosterismo es un mecanismo de regulación enzimática en el que la unión de un ligando a un sitio alostérico (diferente del centro activo) afecta la actividad de la enzima.

Vitaminas y Coenzimas

Las vitaminas son moléculas orgánicas esenciales que actúan como cofactores o precursores de coenzimas. Son necesarias para el metabolismo normal y deben obtenerse de la dieta.

Las vitaminas se clasifican en hidrosolubles (vitaminas B y C) y liposolubles (vitaminas K, E, D y A).

En resumen, el metabolismo celular es un proceso complejo y vital que involucra una variedad de reacciones químicas y enzimas. Comprender el metabolismo es fundamental para comprender la biología celular y la vida misma.